小麦CN11×CN17 RIL群体高密度遗传图谱构建及重要产量性状的QTL定位

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小麦(Triticum aestivum L.)是世界上最重要的粮食作物之一,为近40%人口提供了主要的食粮。因此,如何有效的提高小麦产量是实现国家粮食安全的重要保障,也是育种家目前亟待解决的问题。然而,小麦产量作为一个复杂的性状,受到环境因素及其他农艺性状的制约,所以进一步解析小麦重要农艺性状的遗传规律,开发相关性状的分子标记,对超高产小麦的聚合育种和分子标记辅助育种至关重要。本研究以“协调型”小麦川农17和川农11杂交衍生出的304个株系的RIL(F8-F11)群体为材料,利用55K SNP芯片构建了高密度遗传连锁图谱,于2017-2021年间在邛崃和崇州两地对初期分蘖数、冬后分蘖数、穗数、株高、穗长、穗密度、小穗数、穗粒数、千粒重、粒长、粒宽、粒径比、籽粒面积、籽粒周长、籽粒密度及整穗发芽率共计16个与产量相关的重要农艺性状进行了表型调查和相关性分析,并利用多环境下的数据进行了QTL定位和QTL簇解析,同时针对整穗发芽率性状进行了KASP标记的开发和验证。最终得到以下结果:1、从55K SNP的分型结果中筛选得到8329个纯合多态性的SNP标记,每个染色体组之间的分子标记数目分布不均,总体表现为B>A>D,B基因组标记数目最多,占标记总数的41.52%(3458),D基因组标记最少,占总标记的28.18%(2347)。根据这些标记的分离模式,将其组成43个连锁群。最终得到的图谱全长为4131.54c M,覆盖了小麦21条染色体,平均标记密度为0.37c M。2、对所有供试材料的16个重要农艺相关性状进行多环境下的表型调查分析显示,所有性状均表现出数量性状的特点,具有明显的超亲分离现象,适合进行QTL分析,且优异性状植株可作为小麦高产育种的种质资源。3、采用ICIM-BIP法分别对16个农艺性状在各环境下表型值的平均值及BLUP值进行单环境加性QTL定位,共检测到239个单环境加性QTL位点,分布在除1B、6A和6B外的18条染色体上,解释表型变异率介于0.38%-44.92%之间。其中,PVE>10%的主效位点共检测到20个;在两个环境下稳定存在的QTL位点共检测到32个;3个环境下稳定存在的QTL位点共检测到18个,4个环境下稳定存在的QTL位点共检测到6个;而3个及以上环境下的主效稳定QTL位点共有5个,分别是:Q.Kdr.sau-4D、Q.Tkw.sau-6D、Q.Tkw.sau-4A、Q.Ph.sau-4D.1和QSgr.sau-3D。4、采用ICIM-MET法对16个农艺性状表型值的平均值及BLUP值进行多环境联合分析,共检测到782个基因型与环境互作QTL,由加性和显性效应所引起的解释表型变异率PVE(A)介于0.001%-31.09%之间,由环境互作引起的解释表型变异率PVE(Aby E)介于0.003%-29.23%之间。5、采用ICIM-EPI法,对16个农艺性状表型值的平均值及BLUP值进行上位性分析,共检测到292个上位性QTL位点,LOD值介于5.00-21.64之间,PVE介于0.15%-42.29%之间,这些QTL之间的互作方式存在“一对多”的互作形式。其中,穗部相关性状未检测到上位性QTL位点,表明这些QTL可能是随机位点之间的互作,更容易受到环境的影响。6、针对整穗发芽率在4个环境下的主效稳定QTL QSgr.sau-3D进行KASP标记开发得到KASP-AX-110772653,利用RIL群体和自然群体对其进行验证显示,KASP引物KASP-AX-110772653与QSgr.sau-3D是紧密连锁的,在RIL群体和自然群体中均可对整穗发芽率高低不同的个体进行基因分型,可用于分子标记辅助育种。7、综合单环境下定位到的2个环境以上的稳定位点或PVE>10%的主效位点进行QTL簇解析,共收集到16个QTL簇,涉及13个性状,包括59个QTL,占总数的24.69%,分布在1A、2A、2B、3A、3D等共计12条染色体上。其中位于4D染色体上,标记区间为AX-89383322和AX-111054538之间的C9 QTL簇,该区间包含了8个控制千粒重、粒宽、粒径比、籽粒密度、初期分蘖数、冬后分蘖数、穗数和株高的QTL,同时该区间内包含了两个最稳定主效的QTL位点。8、对16个重要农艺相关性状进行皮尔逊相关性分析,相关系数介于-0.1到0.96之间,其中在产量三要素中,穗数、千粒重和穗粒数三者之间均呈负相关。此外,粒长和籽粒周长相关性最强,相关系数高达0.96(p<0.01),冬后分蘖对于成穗的形成具有重要影响,相关系数达到0.88(p<0.01)。
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